一文看明白连接器主要组件有哪些

您能识别构成连接器的基本部件吗？

连接器是一个庞大而多样化的组件。每种连接器类型和类别都由外形因素、材料、功能和特殊功能定义，这些特性使它们独特地适用于它们设计的应用。

连接器也有共同的基本特征——连接器的主要组成部分包括接触弹簧、接触面漆和连接器外壳。接触界面是由连接器各部分的物理电气连接所定义的，这决定了连接器的性能如何。

接触弹簧

接触弹簧为连接器连接的电路之间的信号、电源和/或接地的传输提供了路径。它还提供法向力，即垂直于接触表面的力的分量，这有助于可分离界面的形成和维持。

接触弹簧的关键机械要求是插入和拔出力、接触力、接触保持和接触擦拭。接触弹簧的电气要求是接触电阻、额定电流、电感、电容和带宽。

有两种类型的接触弹簧：插座，它通常是一个弹簧构件，和插头，在大多数情况下是刚性的，并提供一种使插座弹簧偏转以产生接触法向力的装置。插座触点弹簧可确保在配合时插入力较低，并有助于连接器在未对齐插入期间承受过应力。

影响接触弹簧性能的材料特性是弹性模量和屈服强度。弹性模量是施加到物体上的应力与在弹性极限内产生的应变之比。屈服强度是物体开始塑性变形的应力点。

在达到屈服强度之前，主体发生弹性变形；也就是说，当应力消除后，它会恢复到原来的形状。这些特性会影响弹簧的偏转能力以及弹簧在保持弹性的同时可以支持的偏转量。这也会影响进行正确电气连接所需的接触力。

抗应力松弛性是材料随时间降低接触法向力的一种特性。因此，它是一个可以影响连接器性能的选择标准。它是当结构在一段时间内保持相同的应变姿势时发生的应力减小，导致塑性应变的形成。通过塑性变形损失法向力是一种设计练习，以确保弹簧应力不会过大。常用的铜合金屈服强度不同；因此，它们之间的应力松弛阻力不同。当需要考虑抗应力松弛性能时，铍铜合金是最常用的合金。磷青铜也适用于大多数应用。

接触面漆

接触面漆可以保护接触弹簧基体金属不受腐蚀，并限制接触弹簧表面的薄膜形成。为了有效，接触面漆必须完全覆盖接触弹簧，并且必须是耐腐蚀的。

可以增加接触电阻的薄膜包括薄的氧化物，硫化物，氯化物，以及在触点表面形成的金属薄膜层的复杂混合物。减少接触电阻需要形成一个没有薄膜的金属界面。接触表面处理可以由贵金属（如金、钯和这些金属的合金）或非贵金属（如银和锡）制成。表面处理的类型决定了可以在接触界面上形成的表面膜的类型。贵金属，特别是金，是惰性的，因为在表面上没有形成任何氧化物。

然而，在由锡制成的非贵金属表面处理的情况下，锡-氧化物可以在接触弹簧中形成，可能需要定期清除。

由于在可分离的接触界面中反复交配和不交配，一些表面膜会被摩擦力去除。因此，两层被称为"双镀层"的接触表面处理被用来保护底层金属。这些包括在镍层上镀上一层贵金属。

①贵金属接触表面处理

贵金属--包括金，以及在较小程度上，钯及其合金--在没有酸性气体存在的典型连接器操作环境中是惰性的。但在有氯或硫的环境中，贵金属表面的连接器会发生腐蚀。通过外壳的屏蔽可以帮助防止腐蚀，另外，润滑是另一种保护手段。

孔隙腐蚀和由于暴露的基本金属造成的腐蚀是特别值得关注的。如果贵金属涂层不够厚，或者涂层不连续，底板和基本金属将暴露在环境中，导致腐蚀。在高温下，贱金属原子可能迁移到接触面，并与氧气和污染气体反应，使腐蚀产物从孔隙中迁移出来。这种现象被称为孔隙腐蚀。因此，当贵金属层变得多孔，使铜暴露在含有硫化物和氯化物的酸性气体的腐蚀环境中时，贵金属层下面的铜层就会发生孔隙腐蚀。

由于金是一种贵金属，而且薄的金镀层往往是多孔的，所以金镀层在孔隙部位和边缘边界形成后，很容易受到基本金属腐蚀产物在金表面的蠕变影响。腐蚀蠕变可以通过在镀金之前应用整体镍涂层来抑制。

②非贵金属接触表面处理

非贵金属接触表面处理主要由锡组成，尽管银、镍、焊料和铅也经常使用。有时也会使用锡铅和镍锡的合金。锡表面处理的退化主要是由于游离腐蚀，这在任何操作环境中都可能发生。摩擦腐蚀是由闭合触点之间的反复微动引起的，产生的氧化物或磨损碎片会提高接触电阻。微动可由振动、冲击或接触材料的不同热膨胀造成。连接器的设计必须尽量减少摩擦的敏感性，这可以通过在接触界面提供足够的摩擦力来防止运动的发生。

摩擦学是指对接触面的摩擦、润滑和磨损的研究。接触面的表面一般都很薄。因此，当受到磨损时，必须保持接触面的完整性，以保护基本金属不被暴露在腐蚀性的环境中。在选择接触面漆时，应牢记抗腐蚀和抗变色的能力以及接触面的热稳定性。

连接器外壳

在极端化学和温度影响下，连接器必须保持尺寸稳定。连接器中心线间距、直线度和平面度的维护对于确保正确的连接器组装和配合行为是必要的。连接器外壳通过电绝缘和机械屏蔽接触弹簧、保持接触位置以及为接触工作环境提供机械保护来实现这种稳定性。

影响外壳绝缘能力的电气特性包括表面和体积电阻率以及介电耐受电压。连接器外壳的机械特性包括弯曲强度/模量和蠕变强度。

大多数触点外壳设计都相似，但其中使用的材料各不相同。该材料范围不仅满足操作过程中的环境条件，而且满足制造和组装过程中的条件。用于制造连接器外壳的一些常见材料是聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸环己二醇二甲酯(PCT)、液晶聚合物(LCP)、FR-4和聚酰亚胺。

接触界面

每次连接器的公头和母头接触时都会建立一个可分离的界面。有必要建立和保持接触界面，以实现所需的电气性能。金属界面是以机械方式建立的。

当可分离的连接器配对时，只有表面上的高点，即所谓的芒刺，才会接触到。因此，整个连接器的表面并不接触。凹凸点取决于接触表面的几何形状。芒刺的大小和数量取决于表面粗糙度和施加的载荷。应用的负载也决定了接触面积的大小。

本文内容摘自《电气连接器：设计、制造、测试和选择》

作者：San Kyeong和Michael G.Pecht

编辑：jq